空气焓差法试验台技术难点和应对策略精修订

空气焓差法试验台技术难点和应对策略

SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

空气焓差法试验台技术难点和应对策略

摘要 焓差法是热交换设备换热量等热工特性测量的基本方法。焓差法试验台虽然技术相对成熟，并在国内的空调设备生产厂家得到广发应用，但在很多焓差试验台仍然存在大量的技术问题没有很好的解决，造成试验台测试结果的偏差，导致空调产品质量参差不齐。本文通过介绍空气焓差法试验台的基本原理，以风机盘管房间焓差法试验台为例，指出了焓差法试验台在技术上经常出现的一些问题，并针对技术难点提出相应的解决方案。

关键词 焓差试验台，湿球温度，漏热量，漏风量，不确定度 0 引言 空气焓差试验台常常用来测试热交换设备的热工性能，由于其低成本、操作维护简便等特点，广泛地用于空调器的测试中。其中，用于风机盘管等空调器的焓差试验台国外早在五十年代就已经研制成功并投入使用。在我国，1972年开始研制生产风机盘管，但直到八十年代中期才开始设计用于检测的焓差法试验台。 空气焓差法是利用测量室内侧空调器机组进风口、出风口干湿球温度和通过的空气质量流量来计算相应的空调器机组的制冷或制热能力。如图1所示，将被试机组5按实际工程安装状态安装在恒温恒湿小室内，与风量测量段连接好。调节变频风机8的风量，设定被试机组出口静压为所要求的静压值（由压差计4测量）。被试机组出口静压

也可以采用电动执行器配合风阀来实现。此时，通过被试空调机组的风量，可由压差计3读取喷嘴6前后的静压差值和该点温度通过计算得到。采样风机13和15将被试机组进口、出口空气在一定风速（－10m/s ）下吸入干湿球温度测量装置，读取干湿球温度和大气压力计12的读数，就可算出进口、出口空气的焓差。

空气预处理机组1用于保证小室维持在设定的温度和湿度的工作状态下，即保证被试机组进口空气稳定在设定的工作状态点。空气预处理机组从下到上依次由风机、表面空气冷却器、电加热器和加湿器组成，处理后的空气经过均流孔板2返回恒温恒湿小室，在保证小室内恒定的温度湿度外，还提

供了稳定

均匀的温度场。

图1 空气焓差法试验台基本原理

1. 焓差试验台测量精度的影响因素湿球温度测量的偏差

从焓差试验台的基本原理可以看出，湿球温度的测量对焓差法精度的影响最为显着，因为湿球温度直接影响到对应空气状态点的焓值。以下是影响湿球温度测量的几个主要方面。采样风速的影响

湿球温度的测量必须在适当的吹向湿球的风速下进行，并且，只有在足够长的时间后，湿球蒸发达到平衡，测量才是准确的。采样的风速必须在一定范围之内。对于水银温度计和其他直径相近的温度探头，合适的风速为s～10m/s，推荐值为5m/s，以保证精确的测量。对于直径较小的温度探头，比如热电偶和热敏电阻，风速应适当地减小，当然，这需要标定和校准。

由图2[3]（在干球温度℃，湿球温度℃下测量）可知，当风速达到

5m/s以上时，空气焓值随风速变化很小，并趋于稳定。而风速过大时，可能会把湿球纱布吹出，或容易吹干。所以，通常选用5m/s做推荐采样风速。

图2 风速对焓值的影响

湿球纱布的影响

用作湿球纱布的材料最好是柔软、网纹整齐的纯棉纱布。使用之前，纱布必须整个清洗干净或在蒸馏水中煮沸。包裹时保证纱布与温度计表面接触良好。长期使用，由于水质不纯净，纱布表面会结垢，影响与温度计的换热。所以经常更换纱布非常重要。湿球纱布的包裹也非常重要，方法详见参考文献[2]。浸润湿球纱布的水，推荐使用没有杂质的二次蒸馏水或去离子水，而不宜使用市场上出售用来饮用的纯净水，因为纯净水中含有大量的矿物质，不是真正意义上的“纯净水”，容易在纱布上结垢。

风量测量的偏差

试验室测量风量有很多种方法[4]，其中，通过测量喷嘴前后静压差来计算风量是公认比较准确而且操作方便的方法，其单个喷嘴风量的计算公式是：

n

n

n

P

CA

L

ρ

∆

=

2

…………………

（1）当采用多个喷嘴时，风量等于各单个喷嘴测量的风量总和L。

其中：

n

L——流经每个喷嘴的风量，

m3/s；

C——流量系数，与喷嘴喉部空气的雷诺系数Re有关；

n

A——喷嘴喉部面积，m2；

P

∆——喷嘴前后的静压差或喷嘴喉部的动压，Pa；

n

ρ——喷嘴喉部处的空气密度，kg/m3。

根据公式（1）可知，喷嘴前后的静压差P

∆和空气密度

n

ρ的测量精度直接影响风量的计算，所以要求仪器有较高的精度。通常使用斜管微压计或补偿式微压计测量P

∆。以斜管

微压计为例说明差压测量仪器的最小分辨率：仪器的最小刻度为1mm ，那么最小分辨率为：

××××1000=（Pa ）。在斜管微压计中，使用纯度为100%的酒精由于工作环境温度的变化和与空气接触的影响，密度必然发生变化。必须定期标定仪器，并根据标定证书修正酒精的密度。

喷嘴喉部的空气密度n ρ可用下式计算：

T

B

P t n 287+=

ρ (2)

其中：

t P ——机组出口空气全压，Pa ；

B ——大气压力，Pa ；

T ——喷嘴喉部热力学温度，K 。 密度n ρ与空气的温度有关，该点温度由采样风管采集到干湿球温度测量装置中测量。温度采样点与喷嘴喉部有一定距离，风管热损失和采样风机散热等不确定因素的影响，测量温度与喷嘴喉部空气温度必有一定差距，影响到该点空气密度的计算，造成风量测量的不准确。在测量热工况时，漏热量会引起取样处的干球温度高于喷嘴处的干球温度，造成密度偏小，风量测量值偏小。反之，在测量冷工况的时候，漏热量会造成风量测量值偏大。漏热量和保温层的影响下面会进一步讨论。 风管保温层厚度

为了便于操作和观察，常常用采样风管把机组出风口的空气送入干湿球温度测量装置进行测量。在制冷工况下，出风口空气温度在10～15℃，在制热工况下，出风口空气温度45～50℃。试验室室内温度通常在25℃左右，与采样风管的热交换不可避免。温度采样点和测试点之间有一定距

离，空气的温升或温降可由下式计算[1]

：

对于矩形风管：

()⎪⎪⎭

⎫

⎝

⎛--=∆-cGR

Nl w g e t t t 11 (3)

温升（或温降）较小时，可近似地按下式计算：

()1t t cGR

Nl

t w g -=

∆ (4)

对于圆管：

()⎪⎪⎭

⎫

⎝

⎛

--=∆-cGR

l w g e t t t 11 (5)

温升（或温降）较小时，可近似地按下式计算：

()1t t cGR

l

t w g -=

∆ (6)

其中：

g t ∆——管道的温升（负值时为

温降），℃；

w t ——管外温度，℃；

1t ——管道内介质的初始温

度，℃；

c ——管道内介质的定压比热容，k J/(kg?℃)；

N ——管道保温后的平均周长，m ；

l ——管长，m ；

G ——介质的流量，kg/s ； R ——管子的热阻，（℃?m2）/kW 。

漏热量的计算。

漏热量可用下式计算：